Dalam proses pengeluaran silikon kristal tunggal, kekotoran seperti karbon dan oksigen tidak dapat dielakkan diperkenalkan kerana faktor seperti bahan mentah dan kaedah, yang secara langsung mempengaruhi prestasi silikon kristal tunggal. Contohnya, wafer silikon anil yang dibekalkan oleh kami, ditunjukkan sebagai Rajah.1, butiran lanjut sila rujukhttps://www.powerwaywafer.com/what-are-annealed-silicon-wafer%ef%bc%9f.html.
Rajah 1 Wafer Silikon Beranil dengan Kandungan Oksigen dan Karbon
Kandungan oksigen dalam silikon adalah data utama yang mesti dikuasai untuk penerimaan, pemantauan proses dan penyelidikan serta pembangunan bahan silikon dan pembuatan peranti masa kini. Karbon adalah kekotoran kedua terpenting dalam silikon selepas oksigen dan mempunyai pengaruh yang menentukan pada sifat silikon kristal tunggal, terutamanya tingkah laku oksigen semasa rawatan haba. Oleh itu, penentuan tepat dan kawalan kandungan oksigen dalam kristal tunggal silikon adalah pautan yang sangat diperlukan dalam pembuatan bahan silikon dan pemprosesan peranti. Di sini kami mengesyorkan kaedah standard untuk mengukur kandungan karbon dan oksigen interstisial yang digantikan dalam kristal tunggal silikon menggunakan spektroskopi inframerah transformasi Fourier suhu rendah (LT).
1. Skop Berkenaan Spektroskopi Inframerah Transformasi Fourier Suhu Rendah
Kaedah ini sesuai untuk penentuan kekotoran karbon penggantian dan oksigen interstisial dalam hablur tunggal silikon jenis N dengan kerintangan suhu bilik lebih besar daripada 0.1 Ω*cm dan hablur tunggal silikon jenis P dengan kerintangan suhu bilik lebih daripada 0.5Ω*cm.
Julat berkesan piawaian ini untuk penentuan kandungan karbon dan oksigen adalah dari 5X1014atom.cm-3(0.01ppma) kepada keterlarutan pepejal maksimum karbon digantikan dan oksigen interstisial dalam silikon. Piawaian pengukuran sebenar akan lebih tinggi daripada yang ditentukan oleh piawaian.
2. Prinsip Pengukuran Spektroskopi Inframerah Transformasi LT Fourier
Sejukkan sampel kristal tunggal silikon pada suhu di bawah 15 K. Hantarkan terus sampel dengan pancaran inframerah, kumpulkan spektrum penyerapan, dan gunakan kaedah rujukan untuk menentukan pekali penyerapan puncak penyerapan inframerah pada nombor gelombang 607.5cm-1oleh atom karbon penggantian dalam silikon. Tentukan kandungan karbon dan pekali penyerapan puncak penyerapan inframerah bagi atom oksigen interstisial dalam silikon pada nombor gelombang 1136.3 cm-1untuk menentukan kandungan oksigen.
3. Faktor Pengganggu untuk Mengukur Karbon & Oksigen dalam Silikon
Faktor di bawah yang disenaraikan akan mempengaruhi pengukuran karbon/silikon oksigen dalam silikon:
1) Faktor gangguan wujud dalam jalur penyerapan karbon dan oksigen, dan terdapat jalur penyerapan getaran kekisi silikon, yang akan menjejaskan penentuan karbon dan oksigen. Wafer tunggal silikon bercantum zon dengan kandungan karbon dan oksigen kurang daripada 5X 1014atom*cm-3(0.01 ppma) hendaklah digunakan sebagai sampel rujukan, dan ketebalan sampel rujukan dan sampel ujian hendaklah sekonsisten mungkin untuk menghapuskan pengaruh jalur getaran penyerapan kekisi silikon;
2) Pantulan dalaman berbilang peringkat boleh menghasilkan gangguan sekunder dan sisihan garis dasar. Gangguan sekunder dan hanyutan garis dasar boleh dihapuskan dengan menukar ketebalan sampel, pengendalian permukaan atau resolusi;
3) Sampel ujian dan sampel rujukan hendaklah disimpan pada suhu yang sama yang mungkin untuk mengelakkan kesan penyerapan kekisi yang bergantung kepada suhu pada keputusan ujian;
4) Kedudukan puncak penyerapan spektrum inframerah dan faktor penentukuran karbon digantikan dan oksigen interstisial berbeza mengikut suhu, dan kedudukan puncak penyerapan dan faktor penentukuran yang sepadan juga berbeza pada suhu yang berbeza, lihat Jadual A;
A.1 Kedudukan Puncak Penyerapan Karbon dan Faktor Kalibrasi
| Suhu / K | Kedudukan Puncak Penyerapan Inframerah Karbon / cm-1 | Faktor Penentukuran(Fc) / cm-2 |
| 300 | 607.2 | 0.82×1017 |
| 78 | 607.5 | 0.40×1017 |
| 10 | 607.5 | 0.37×1017 |
A.2 Kedudukan Puncak Penyerapan Oksigen dan Faktor Kalibrasi
| Suhu / K | Kedudukan Puncak Penyerapan Inframerah Karbon / cm-1 | Faktor Penentukuran(Fc) / cm-2 |
| 300 | 1106 | 3.14×1017 |
| 78 | 1127 | 1.32×1017 |
| 10 | 1136 | 0.20×1017 |
5) Pada suhu rendah, penyerapan pembawa bebas boleh ditindas pada tahap tertentu. Walau bagaimanapun, untuk kristal tunggal silikon yang didopkan dengan berat, kepekatan pembawa bebas adalah sangat tinggi, dan juga sukar untuk mengukur spektrum penyerapan inframerah silikon disebabkan oleh pengaruh penyerapan pembawa yang teruk.
4. Instrumen
1) Spektrometer inframerah transformasi Fourier suhu rendah: dengan komponen optik dan pengesan untuk nombor gelombang 250 cm-1~ 1300 cm-1, resolusi spektrometer harus mencapai 1 cm-1 atau lebih baik pada suhu 15 K;
2) Pemegang sampel: Ia diperbuat daripada bahan logam dengan kekonduksian terma yang tinggi, dengan lubang kecil dan boleh menghalang sebarang cahaya inframerah yang melalui sampel;
3) Mikrometer atau peralatan lain, yang sesuai untuk mengukur ketebalan sampel dengan ketepatan 0.001mm.
5. Sampel Silikon
1) Potong kristal tunggal silikon menjadi sampel kristal tunggal silikon, kisar kedua-dua belah, dan gilap kedua-dua belah ke permukaan cermin dengan kaedah mekanikal atau kimia;
2) Perubahan ketebalan kawasan ujian pada kedua-dua permukaan sampel yang diproses hendaklah tidak lebih daripada 0.05mm, dan permukaan hendaklah bebas daripada lapisan oksida;
3) Ketebalan sampel yang disediakan adalah antara 2.0 mm dan 4.0 mm. Diameter sesuai untuk saiz pemegang sampel;
4) Untuk sampel silikon polihabluran, kristal tunggal silikon hendaklah disediakan terlebih dahulu dengan merujuk kepada kaedah lain.
6. Langkah Pengukuran Kandungan Karbon dan Oksigen
1) Lap permukaan sampel dengan etanol mutlak;
2) Ukur ketebalan sampel mengikut peruntukan GB/T 6618, tepat hingga 0.001 mm, dan rekodkan ketebalan sampel;
3) Muatkan sampel ke dalam pemegang sampel. Kemudian pasangkan pemegang sampel di dalam ruang sampel;
4) Tetapkan parameter instrumen, dan sejukkan sampel pada suhu yang lebih rendah daripada 15K melalui peranti kriostat yang dikonfigurasikan oleh instrumen;
5) Jalankan program analisis, imbas apertur kosong, dan kumpulkan spektrum latar belakang; imbas sampel rujukan, dan kumpulkan spektrum rujukan; imbas sampel yang akan diuji, dan kumpulkan spektrum sampel yang akan diuji. Kandungan karbon penggantian dan oksigen interstisial dikira dengan kaedah rujukan. Kedudukan puncak penyerapan 10.6 karbon digantikan dan oksigen interstisial ditunjukkan dalam Jadual 1. Spektrum inframerah ditunjukkan dalam Rajah 2 dan 3:
Jadual 1 Kedudukan Puncak Penyerapan Karbon dan Interstisial Oksigen Bergantian
| unsur | Kedudukan Puncak / cm-1 |
| karbon | 607.5 |
| Oksigen | 1136.3 |
Rajah.2 Spektrum Inframerah Suhu Rendah Karbon Terganti
Rajah.3 Spektrum Inframerah Suhu Rendah Oksigen Interstisial
Untuk maklumat lebih lanjut, sila hubungi kami melalui e-mel di victorchan@powerwaywafer.com dan powerwaymaterial@gmail.com.